压缩机控制系统

近十几年来，DCS 以其强大的控制功能、集中的操作显示功能及高可靠性等，

在现场应用越来越多。然而，对一些较小的控制系统，投入一套DCS ，从经济上考虑不怎么划算；但使用一些常规仪表，又具有操作显示不方便等诸多缺陷。因此，一些厂家从各方面考虑着手，生产了具有很强控制功能的智能化仪表。

APACS353 是美国Moore Products 公司近两年推出的，具有DCS 和PLC 的许多优点，可称得上是一种专用小型控制系统。本文就APACS353 在湖北一碱厂压缩机控制系统中的应用，对该智能控制器作一介绍。

1、MACS353 智能控制器

APACS353 是一种独立的、以微处理器为基础的过程自动化控制器。其应用范围特别广泛，既可用于小批量处理过程或连续过程，亦可用于离散控制过

程。

它具有如下特点：

①采用模板化结构，用户可根据自己的实际需要来灵活配置。其核心是一

块功能强大的微处理器MPU 板，该板应用了最新的微处理器技术，可以实现

单回路、串级及一些复杂的控制策略，且带有自己的I/O；若I/O 不够，可以增加一个I/O 扩展板，接收热电偶、热电阻、频率等信号。为了集成全厂控制管

理网络系统，可以配置局部仪表链接LIL 网络板、现场总线Lon Works 板；

②可以支持25 个控制回路，以解决复杂的控制问题。另外，每个回路的PID 参数可以进行自整定；

③可以组成开放式系统。MPU 板自带的MODBUS 通信提供主/从式网络，

使353 容易地与其它系统集成在一起；LIL 通信可用来代替MODBUS ，提供对等的高速网络；

④支持最新的现场总线技术。Lon Works 现场总线可以在其中得到应用；

⑤该控制器既可用前端面板来组态和监控操作，也可先在上位机组态好后

下载到353 中。其组态语言既可用功能块语言，也可用梯形逻辑图语言，灵活

方便，易于组成各种控制方案以满足控制对象的实际要求。此外，在该控制器中，还保存有一些通用的工厂组态方案库，用户可根据自己的需要调出相应的库，稍作修改后变为己用，这样可以简化组态。

2、压缩机控制系统

压缩机是一种将气体压缩从而提高气体压力或输送气体的机器，按能量转

换方式可分为动力型和容积型两类。离心压缩机属动力型，其工作原理是根据

动能转换为势能的原理，将流体加速到高速，然后降低速度，通过改变它的流向，把它所具有的动能转换为势能，从而提高压力。

压缩机的调节或控制有两个目的，一个是改变压缩机的性能以适应管网系

统特性的变化，保证压缩机的操作符合工艺要求；另一个是保证压缩机的安全

运行，防止压缩机发生喘振和在严重情况下毁坏机器。

2.1 1 适应管网特性变化

压缩机是与管网系统联合工作的，管网系统指与压缩机联合在一起运行的各种

装置、设备、容器、阀和管道，压缩机和管网的特性曲线如图 1 所示。

图1 中，曲线1 为压缩机的工作曲线，曲线2 与2'为管网的特性曲线。当管网的阻力系数在生产过程中稳定时，压缩机则稳定在某一工况点工作。但是，在

生产运行过程中，管网的阻力系数可能经常变化(如工厂用气量的变化)，这样管网的特性曲线就发生变化，为适应这一变化，保证管网对压力或流量的要求，就需要改变压缩机的性能，使其在新的工况点工作。例如，原来压缩机工作在

其稳定工况点M，若管网特性由曲线2 变为曲线2'，则此时对应的压力和流量

均发生变化，若系统不允许这样的变化，就需要进行调节。

根据工艺要求，有以下三种调节：等压力调节，通过改变压缩机流量保持

压力稳定：等流量调节，通过改变压力保持流量稳定；比例控制，用来保持压

力或流量的比例不变。

2.2 2 防喘振调节系统

在管网中，由于工况改变，流量明显减少，出现严重的旋转脱离，形成突

变型失速：此时，工作轮虽旋转，但不能提高气体压力，压缩机出口压力显著

下降。而管网容量较大，反应不灵敏，管网压力并不马上减低。于是可能出现

管网压力反大于压缩机出口压力的情况，因而管网中的气体就向压缩机倒流，

直到管网压力下降到低于压缩机出口压力为止。这时倒流停止，气体又在叶片

作用下正向流动，压缩机又开始向管网供气。但当管网压力不断回升，又回复

到原有水平时，压缩机正常排气又受到阻碍，流量又下降，系统中的气体又产

生倒流。如此周而复始，在整个系统发生了周期性的轴向低频大振幅的气流振

荡现象，即为喘振。喘振使压缩机的性能显著恶化，气流参数(压力、流量)产

生大幅度脉动，噪声和振动加剧，严重时足以损坏压缩机。

喘振的标志是一最小流量点，低于这个流量即出现喘振。因此，需要有一

个防止压缩机发生喘振的控制系统，限制压缩机的流量不会降低到这种工况下

的最低允许值，即不会使压缩机进人喘振工况区域内。

压缩机的防喘振条件为

△p≥a(p2 ±bp1)

式中：△p 为进口管路内测量流量的孔板前后压差；p1 为进口处压力；p2 为出

口处压力；α，b 为有关参数。

3、应用实例

该控制系统的对象为碱厂的一台CO2 离心压缩机，在纯碱工业中，CO2

的压缩是一个极为重要的关键工序，因此压缩机的作用很大。在我国早期建设

的各种规模的纯碱厂，多采用往复活塞式压缩机，目前，多以离心式和螺杆式

压缩机为主。

3.1 1 系统配置

考虑到整个系统的安全性，一台仪表或设备的故障不应影响到其它设备，

故在设计时，把整个系统的功能分散，APACS353 主要执行调节、联锁保护功能，所以在APACS353 内部只配置MPU 板和I/O 扩展板。系统要求具有记录功能，即一些重要数据要求记录以便查询，而单独的353 不具有该功能，所以另配4 台无纸记录仪来完成该功能。尽管APACS353 能实现报警功能，但报警仅体现在面板的棒条闪烁、报警LED 灯亮，不直观。系统要求具有声光报警，使用一微机闪光报警器来实现。

3.2 2 等压力调节系统及无扰切换

该CO2 离心压缩机属工艺流程压缩机，结合制碱工艺的特点，要求压缩机有稳定的出口压力。压力调节可采用进口节流和出口节流，但出口节流经济性

很差，由于节流的原因，白白地损失了能量，所以采用进口节流的调节方法。